Руководство морскими батальонами, направляемыми на Северную сторону, вице-адмирал Корнилов поручил контр-адмиралу Истомину. Вместе с подполковником Тотлебеном Истомин приступил к укреплению обороны Северной стороны и установке на сухопутных позициях орудий, снятых с кораблей. На высоты были доставлены 20 пушек большого калибра. Из-за крайне ограниченных сроков Тотлебен наметил создать линию обороны протяжением в полторы версты от четвертой приморской батареи до Северного укрепления и далее к берегу моря. Над обрывом установили две батареи, которые огнем четырнадцати 24-фунтовых пушек должны были контролировать прибрежную полосу и препятствовать кораблям противника приближаться к берегу. На левом фланге отрыли две стрелковые траншеи. Для усиления действия артиллерии по фронту на левом и правом фасах Северного укрепления сделали барбеты для 10 орудий. На правом фланге оборонительной линии возвели батарею на 12 орудий, соединенную рвом и бруствером с Северным укреплением; за бруствером оборудовали позиции для стрелков. Таким образом, перед союзными войсками находилась очень слабая оборонительная линия с 29 орудиями, действующими по фронту. Гарнизон Северной стороны состоял из 11 тысяч человек.
11 сентября вице-адмирал Корнилов назначил начальником штаба контр-адмирала Истомина и отдал приказ подготовить войска к сражению. Защитники Северной стороны решили не покидать позиций и погибнуть с честью.
Однако экспедиционный корпус устремился в обход рейда к южной части города, где в распоряжении вице-адмирала Нахимова для защиты семиверстной линии обороны имелось всего 5 тысяч человек. К тому же на Корабельной стороне фактически не было никакой оборонительной линии, а были слабые, отдельно стоящие земляные укрепления, между которыми союзные войска могли выйти к Южной бухте и рейду.
13 сентября 1855 г. Севастополь приказом начальника гарнизона был объявлен на осадном положении. А 14 сентября командир Севастопольской эскадры вице-адмирал Нахимов отдал приказ о затоплении всех кораблей и присоединении экипажей к защитникам крепости. Он выразил уверенность, что моряки до конца выполнят свой долг и будут сражаться до последнего человека. В этот же день, когда угроза нападения на Северную сторону миновала, на Южную сторону прибыл вице-адмирал Корнилов.
Уезжая из Севастополя, главнокомандующий князь Меншиков не назначил старшим ни одного из адмиралов и общее командование оставил за начальником Севастопольского гарнизона генерал-лейтенантом Моллером. Престарелый военачальник Моллер был командиром 14-й пехотной дивизии и как старший по возрасту, чину и званию возглавлял местный гарнизон. Он слыл покладистым, добродушным, забывчивым и нетребовательным человеком и годился разве что для проведения приемов и парадов, но никак не для организации обороны военно-морской крепости. Меншиков знал об этом, но, покидая Севастополь, считал, что город обречен, а кто возглавит его агонию — не столь уж важно. Но истинные патриоты России рассуждали иначе. На совещании командного состава гарнизона вице-адмирал Нахимов" заявил, что, хотя он и старше годами и службой, но подчинится только адмиралу Корнилову. Его поддержали все генералы и адмиралы. Так без официального назначения вице-адмиралу В. А. Корнилову было доверено командовать обороной и защитой Севастополя. И Корнилов приказал немедленно перевести с Северной стороны на Южную 15 морских батальонов с двумя батареями, приостановить подготовку кораблей к затоплению и назначил начальником оборонительных работ подполковника Тотлебена.
С момента высадки десанта союзников до 14 сентября 1855 г. на Южной стороне были выполнены следующие оборонительные работы. На пятом бастионе отсыпали фасы на высоту 6 футов и приспособили к ружейной обороне (грунт для этого пришлось подносить более чем за 100 м). За каменным завалом между четвертым бастионом и беседкой "Грибок" установили восемь 12-фунтовых карронад. На Корабельной стороне возвели у Лабораторной балки батарею №5 (Никонова) на 10 орудий, которая могла вести огонь на подступах к третьему бастиону и скатам Зеленой горы. На третьем бастионе удлинили фасы и приспособили их к ружейной обороне. Между Малаховым курганом и Доковой балкой сделали завал для полевой артиллерии. Батарею первого бастиона увеличили на 5 орудий.
Таким образом, артиллерийское вооружение оборонительной линии Южной стороны увеличилось за указанный период на 27 единиц и составляло 172 орудия. Ее гарнизон вместе с морскими батальонами насчитывал 16 тысяч человек и 32 полевых орудия. На Северной стороне были оставлены войска в количестве 3,5 тысяч человек для отражения возможного десанта союзников на Качу, Бельбек и в тыл Константиновской батареи. Кроме того, на судах флота находилось около 3 тысяч моряков.